蜗杆传动特点

1、11.1蜗杆传动的类型和特点蜗杆传动的类型和特点 11.2蜗杆传动的主要参数和几何尺寸蜗杆传动的主要参数和几何尺寸 11.3蜗杆传动的失效形式及材料选择蜗杆传动的失效形式及材料选择 11.4蜗杆传动的强度计算蜗杆传动的强度计算 11.5蜗杆传动的效率与热平衡计算蜗杆传动的效率与热平衡计算 第11章 蜗杆传动 11.1蜗杆传动的类型和特点 蜗杆传动用来传递空间两交错轴 之间的运动和动力，一般两轴交角 为90，如图11-1所示。蜗杆传动 由蜗杆与蜗轮组成。一般为蜗杆主 动、蜗轮从动，具有自锁性，作减 速运动。蜗杆传动广泛应用与各种 机械和仪器设备之中。 图11-1 蜗杆传动 11.1.1蜗杆传动的

2、类型 圆柱蜗杆传动 环面蜗杆传动环面蜗杆传动 锥蜗杆传动锥蜗杆传动 11.1.2蜗杆传动 的特点 1、蜗杆传动的最大特点是结构紧凑、传动比大。 一般传动比 i=10-40，最大可达80。若只传递运 动（如分度运动），其传动比可达1000。 2、传动平稳、噪音小。 3、可制成具有自锁性的蜗杆。 4、蜗杆传动的主要缺点是效率较低。 5、蜗轮的造价较高。 蜗杆传动的特点和应用 11.2蜗杆传动的主要参数和几何尺寸蜗杆传动的主要参数和几何尺寸 11.2.1蜗杆传动的主要参数及其选择蜗杆传动的主要参数及其选择 规定通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面为中间平面。 1.模数和压力角 蜗杆传动的设计计算都是以

3、中间平面内 的参数和几何关系为标准。 在中间平面上，蜗轮与蜗杆的啮合相当 于渐开线齿轮与齿条的啮合。 2.蜗杆分度圆直径d1及蜗杆直径系数q 3.蜗杆分度圆螺旋导程角 Z1、q已知时，导程角即为定值。 4.蜗杆的头数Z1和蜗轮的齿数Z2 可参考表。 5.蜗杆传动传动比i i=n1/n2=Z2/Z1 6.蜗杆传动的中心距a a=(d1+d2)/2=m(q+Z2)/2 2） 引 入 该 参 数 是 为 了 限 制 切 制 蜗 轮 时 所 需 要 的 滚 刀 数 目， 提 高 生 产 的 经 济 性。 通 常 取 z 1 = 1、 2、 4、 6， 头 数 过 多， 导 程 角 过 大 会 使 加

4、工 困 难。 2） 引 入 该 参 数 是 为 了 限 制 切 制 蜗 轮 时 所 需 要 的 滚 刀 数 目， 提 高 生 产 的 经 济 性。 通 常 取 z 1 = 1、 2、 4、 6， 头 数 过 多， 导 程 角 过 大 会 使 加 工 困 难。 11.2.2蜗杆传动的几何尺寸计算蜗杆传动的几何尺寸计算 11.3蜗杆传动的失效形式及材料选择蜗杆传动的失效形式及材料选择 11.3.1、蜗杆传动的失效形式 蜗杆传动的失效形式和齿轮传动相类似。 由于材 料和结构的原因, 蜗杆螺旋部分的强度总是高于蜗 轮轮齿的强度, 所以失效常发生在蜗轮轮齿上。 蜗轮传动中由于蜗杆与蜗轮齿面间的相对 滑动

5、速度较大, 效率低, 摩擦发热大, 因此其主要失 效形式是蜗轮齿面的胶合、 点蚀和磨损。 表11 - 1 蜗杆、 蜗轮配对材料 表11 - 2 铸锡青铜蜗轮许用应力H 表11 - 3铸铝青铜及铸铁蜗轮许用应力H 11.3.2、常用材料 由蜗杆传动的失效分析可知, 蜗杆、 蜗轮的材料 要具有优良的减摩性、 耐磨性和抗胶合性能, 并具有 足够的强度。 常用的蜗轮材料有: 铸锡青铜 ZCuSn10P1和ZCuSn5Pb5Zn5, 适用于滑动速度较高的 重要传动； 铸铝青铜ZCuAl9Fe4Ni4Mn2和 ZCuAl10Fe3, 其抗胶合能力虽比锡青铜差, 但强度较 高, 价格便宜, 一般用于滑动速度

6、小于10 m/s的场合； 滑动速度小于2 m/s时 , 可用灰铸铁。 蜗杆材料主要 为碳钢和合金钢。 为了防止变形, 常对蜗轮进行时效 处理。 常用的蜗杆、 蜗轮配对材料见表11 - 1。 蜗轮 常用材料的许用接触应力见表11 - 2和表11 - 3。 11.4蜗杆传动的强度计算 11.4.1蜗杆传动的受力分析蜗杆传动的受力分析 1、蜗轮转向的确定、蜗轮转向的确定 如图11 - 2(a)所示, 当蜗杆为右旋, 顺时针方向 旋转(沿轴线向左看)时, 用右手, 四指顺着蜗 杆转向握起来, 大拇指沿蜗杆轴线所指的相 反方向即为蜗轮上节点速度方向, 因此蜗轮 逆时针方向旋转； 当蜗杆为左旋时, 则用左

7、 手按相同方法判定蜗轮转向, 如图11 - 2 (b)所 示。 图 11 - 2 蜗轮旋转方向的判定 左、右手定则。 2) 轮齿上的作用力 蜗杆传动轮齿上的作用力和斜齿轮相似。 为简化计算, 通常不考虑摩擦力的影响, 蜗杆传动 的受力情况如图11 - 3所示。 图中Fn分解为三个相 互垂直的分力: 切向力Ft、 径向力Fr、 轴向力 Fa。 由于蜗杆与蜗轮轴交角为90, 因此根据作用力与 反作用力原理, 蜗杆切向力Ft1与蜗轮轴向力Fa2、 蜗轮切向力Ft2与蜗杆轴向力Fa1、 蜗杆径向力F r1与蜗轮径向力Fr2各为一对大小相等、 方向相反 的作用力与反作用力。 蜗杆蜗轮受力方向的判定规律与

8、斜齿圆柱齿轮 相同。 主动蜗杆上的切向力Ft1是阻力, 其方向 与蜗杆转动方向相反, 从动蜗轮切向力Ft2与其 回转方向相同； 两径向力Fr1和Fr2分别指向 各自的轮心； 轴向力Fa1的方向根据蜗杆的螺 旋线旋向和回转方向, 应用左、 右手定则来确 定。 图 11 - 3 蜗杆传动受力分析 力的大小计算如下: tan 2 2 221 2 2 21 2 1 1 1 trt ta at FFF d T FF F d T F 蜗杆传动的受力分析蜗杆传动的受力分析 11.4.2. 强度计算 1) 蜗轮齿面接触强度的计算 蜗杆传动可以近似地看作齿条与斜齿轮 的啮合传动, 因此以赫兹应力公式为基础, 考

9、虑 蜗杆和蜗轮齿廓特点, 可推出齿面接触疲劳强度 的校核公式和设计公式。 校核公式: HH ddm KT dd KT 2 21 2 2 2 21 2 500500 设计公式： 2 2 2 1 2 500 KT z dm H 式中, K为载荷系数, K=(1.11.4)， 载荷平稳、 滑 动速度vs3 m/s、 传动精度高时取小值； H 为蜗轮许用接触应力, 单位为MPa, 见表11 - 2和表 11 - 3； m为模数, 单位为mm； z2为蜗轮齿数。 2) 蜗轮轮齿弯曲疲劳强度的计算 蜗轮轮齿弯曲疲劳强度所限定的承载能力, 大都超过齿面点蚀和热平衡计算所限制的承载能 力, 因此, 一般不进行

10、弯曲强度计算。 只有在少数 情况下, 如在强烈冲击的传动中或蜗轮采用脆性材 料时, 计算其弯曲强度才有意义。 需要计算时可参 考有关书籍。 11.5蜗杆传动的效率与热平衡计算 11.5.1. 蜗杆传动的效率 闭式蜗杆传动的总效率包括三部分: 轮齿 啮合摩擦损失效率、 轴承摩擦损失效率及零件 搅动润滑油飞溅损失效率。 其中最主要的是啮 合摩擦损失效率, 其大小可近似用螺旋传动的 效率公式计算。 后两项功率损失不大, 其效率 一般为0.950.97。 因此, 蜗杆主动时, 蜗杆传动的总效率为 )tan( tan )97. 095. 0( v 式中, 为蜗杆导程角； v为当量摩擦角, 可 根据滑 动

11、速度vs由表11 - 3查取。 表11 - 3 蜗杆传动的当量摩擦系数fv和当量摩擦角v 表11 - 4 蜗杆传动的总效率 2. 蜗杆传动的热平衡计算 由于蜗杆传动相对滑动速度大, 发热量大, 若 不及时散热, 则会导致润滑不良而使轮齿磨损加剧, 甚至产生胶合, 因此, 对闭式蜗杆传动应进行热平衡 计算。 蜗杆传动转化为热能所消耗的功率Ps为 Ps=1000(1-)P1 (11 - 1) 经箱体散发热量的相当功率Pc为 Pc=ksA(t1-t0) (11 - 2) 达到平衡时, Ps=Pc, 因此可得到热平衡时润滑油 的工作温度t1的计算公式: 10 1 )1 (1000 tt Ak P t s s 普通蜗杆传动的箱体散热面积A, 可用下式估算： 75. 1 100 33. 0 a A 式中, a为中心距, 单位为mm。 3. 散热措施 如果润滑油